KỸ THUẬT ĐO LƯỜNG: CHƯƠNG 6: ĐO CÔNG SUẤT VÀ ĐIỆN NĂNG

CHÖÔNG 6


6.1. ĐO CÔNG
SUẤT :

I

1. Quan hệ cơ bản phép đo công suất :

Khi có dòng điện và điện
áp đặt lên một tải hay một
mạch điện với các thành
phần :
Z = R2 + X2

Z

X



R

U
Trong đó :
- R : Điện trở của
mạch
- X : Điện kháng
của mạch
- U : Điện áp của

mạch
- I : Dòng điện
của mạch

R = Z.cos
X = Z.sin
X = R.tg

Tam giác tổng trơ’

Công suất của một tải hay
một mạch điện gồm :

•_ Công suất tác dụng:
• P = I2.R = U.I.Cos
(W,Kw)
•_ Công suất phản
kháng:
• Q = I2.X = U.I.Sin

X

R

S

Q



P

Tam giác công suất

S
P
Q
Q

=
=
=
=

P2 + Q2
S.cos
S.sin
P.tg


2. Đo công suất tác dụng :
a, Phương pháp đo gián tiếp :
Sử dụng trực tiếp các phương pháp đo U,I,R,cos để suy

ra P

*Phương pháp dùng vôn mét :
Mắc các vôn mét như hình vẽ

V2

R
A

V3
V3



1


V1

tải

I

iản đồ vectơ điện áp và dòng điện

V1

V2

Mạch đo công
suất
tải xoay chiều

V22 = V21 + V23 – 2.V1.V3.cos 1
Công suất

Cos 1 = V22 – (V21 + V23) / 2.V1.V3 của
P = tải
V
.I.cos
V2.Cos = V3.Co 1 - V1
.(V3.Co 1 - V1)/V2
P 2=
V
.I I.(V – V –
Cos = (V3.Co 1 - V1)/V2
P2=
3
2


b, Phương pháp đo trực tiếp :
Dụng cụ đo trực tiếp công suất tác dụng là W.mét.
W.mét
được chế tạo từ chỉ thò điện động.
Cuộn động

I2

Cấu tạo :
- Cuộn tónh:

Quấn ít vòng với tiết
lớn,được chế tạo với các
dòng điện đònh mức: 1 – 5 –
10 A và được mắc nối tiếp

với tải.( cuộn dòng điện )
- Cuộn động:

Cuộn tónh

I1

I
R

Tải

P

Quấn nhiều vòng với tiết diện nhỏ,được
mắc nối tiếp với một điện trở RP có gía trò
tương đối lớn được chế tạo với các điện áp
đònh
mức 120
* Nguyên
lý :– 240 – 440 V và mắc song song
với tải ( cuộn điện áp )
- Mạch một chiều:

I1 = I
I2 = U/(r2+Rp)

 = SI.I1.I2
= SI.U.I./
(r2+Rp)

- Mạch xoay chiều:
I1
I1 = I

I

I2 = U/ (r2+Rp) +x= U/(r2+Rp)
2

2
2

I2

I2

 = SI.I1.I2.cos(I1,I=
2) SI.U.I.cos(I1,I2)/
 = S .U.I.cos (r2+Rp)
P

U



U

I

I1

Đồ thò véc tơ

 =
SP.Pchỉ thò được khắc độ theo công suất cần đo
Thang đo của của

* Chú ý khi sử dụng :
- Các cuộn dây của W.mét có cực
tính( thường
đánh dấu *).Khi đo nối các đầu có cùng
cực
tính với nhau, nếu W chỉ ngược thì đổi cực
tính của một trong hai cuộn dây.

*
* P

*
* W

Ký hiệu:




- Thang đo của W có độ
chia đều và không ghi

trò số
- Trước khi đo phải xác
đònh hằng
số
m
.Iđm đọc của
W/vạch
W.mét
CW =


0

 đm

đm

Trong đó :

Công suất chỉ bởi W.mét

PW = CW.

- m,Iđm: Điện áp và dòng điện
sừ dụng ở giới hạn
đo
-  đm : số vạch chia trên thang đo

(W)

 : số vạch chỉ khi đo

- Nếu W.mét được nối
qua BI,BU thì công suất
của tải được xác đònh
P = Kiđm.Km.PW. (W)

W

120 V 240 V
I U
1A
1,2
2,4

10 A

12

24

0

10A
1A
0
*

10
0

240
V
120V
0

*


c, Đo công suất bằng W.mét cặp nhiệt :

* Sơ đồ
:-Biến dòng
dùng BI để
tạo dòng
điện ii tỷ lệ
với I

BI

I
U

BU

iu

iu ii

+ e1 -

-

e2 +
R2

R1

ii = ki.It

ii

-Biến điện
áp BU dùng
tạiện
dòng
e1 = k.(ii +
Dòng
để đốt nóng R1 là
-để
điện của
iu tỷ(lệ
2
ei2u)=
k.(ii - iu)2
tổng
ii+iu)
2
U. điện
E
= e –để

e =
k.(inóng
+ i )2 R
- k.(i
Dòng
đốt
là - i )
-với
ra

i = k .U

1

2

i

u

2

i

u

=
u Era
u k.4.i
hiệu

của
( ii- i.i
iuu)= k.U.I.cos = k.P
Dòng điện chạy
Im =
=
=
Thang đo của chỉ
thò được khắc
theo
qua chỉ thò:
K.P/Rđộ
KP.P
Era/R
m
m
công
suất tác
W.Mét cặp
nhiệt
có dụng
thể cần
làmđoviệc với tín
hiệu có tần số rất cao và dạng bất kỳ .

TẢI


d, Đo công suất mạch ba
pha :

* Mạch ba pha đối xứng :

A

PW = UA.IA.cos(UA,IA) = PA
A

PW2 = UBC.IC.cos(UBC,IC)
= Ud.Id.cos(300+)
PW1+PW2 =
.Ud.Id.cos

P = PW1 + PW2

*

* W1

B

PW1 = UBA.IA.cos(UBA,IA)
= Ud.Id.cos(300-) C

T
Ả
I

B
C
O

- Mạch ba pha bốn dây:
Dùng một W.mét

- Mạch ba pha ba dây:
Dùng 2 W.mét

*
* W

*

W2

P = 3.PW
T
Ả
I

UA
UBA

30
IA
0


*

UBC

IC
Ub


IB

Đồ thò
véc tơ

cơ sở của phương pháp đo này người ta chế
.mét ba pha 2 phần tử gồm 2 W.mét một
ù Mq được tổng hợp trên cùng một trục

30

0

UC


* Mạch ba pha không đối xứng :

Dùng ba W.mét nối theo sơ đồ

UA
IA

A
IB

A
B

*
* W2

C

B

C

Đồ thò
véc tơ

PW1 = UA.IA.cos(UA,IA) =
U
PA
A.IA.cos
A =
PW2
= UB.I
B.cos(UB,IB) =
U
PB
B =
P B.IB.cos
= U .I
.cos(U
,I ) =

W3

C

C

UC.IC.cos C = PC

*
* W3

O

UC

IC

UB

*
* W1

C

C

P = PW1 + PW2 + PW3

Trên cơ sở của phương
pháp đo này người ta chế

tạo W.mét ba pha 3 phần tử
gồm 3 W.mét một pha có

Sơ
đồ

T
Ả
I


e, Đo công suất hệ thống cung cấp điện :

* Hệ thống một pha :
Sử dụng một W.mét +1BI+ 1BU mắc theo
sơ đồ

Chú ý :
- Các đầu dây có cùng
cực tính của BI,BU,W,được
nối với nhau và nối đất.
- Cầu chì CC1 được nối trên
dây pha
- Cầu chì CC2 được nối ở
ông suất tải được xác đònh
phía không nối đất.
P = Kiđm.Km.PW


* Hệ thống ba pha :

Sử dụng một W.mét 3 pha (hoặc 3 W.mét
một pha) + 3BI + 3BU

P = Ki.Ku.PW
P = Ki.Ku.(PW1+PW2+PW3)
Vẽ

Bài tập

Chú
ý :

Phần tử có điện áp pha nào thì
có dòng điện pha đó


3. Đo công suất phản kháng :
a, Phương pháp đo gián tiếp :
Sử dụng trực tiếp các phương pháp đo U,I,X, để suy ra
Q

Phương pháp đo trực tiếp :
Dụng cụ đo trực tiếp công suất phản kháng là W.mét phản
kháng, nó được chế tạo từ chỉ thò điện động.

* Cấu tạo :
_ W.mét phản kháng có cấu
tạo tương
tự như W.mét tác dụng.
_ Nhưng cuộn dây phần động

được mắc nối tiếp với một
cuộn cảm có giá trò tương
đối lớn.


U

guyên lý : Ở mạch xoay chiều
I1 = I
I1
I



I

I1

I2 = U/ r22+(xL+x2)2= U/(x2+xL)
I2 chậm pha với U một góc 90

I2

0

Đồ thò véc tơ

 = SI.I1.I2.cos(I1,I2)/(xL+x2) = SI.I1.I2.cos(900-)/
(xL+x2)
 = SI.U.I.sin/

 = SQ.Q
=
SQ.U.I.sin
(x2+XL)
Thang đo của của chỉ thò được khắc độ theo công suất phản kháng cần đo

* Chú ý khi sử dụng :
_ W.mét phản kháng có các chú ý sử dụng như
W.mét tác dụng.
_ Các sơ đồ công suất phản kháng bằng W.mét
phản kháng trong mạch điện xoay chiều một pha
và ba pha tương tự như các sơ đồ đo công suất
tác dụng bằng các W.mét tác dụng.

*
* Q

*

* Var
Ký hiệu:


ng suất phản kháng bằng W.mét tác dụng :

Bằng cách mắc các cuộn dây của W.mét
tác dụng,người ta có thể đo được công suất
phản nhưng PP này chỉ sử dụng được ở mạch
điện xoay chiều ba pha.
* Mạch ba pha xứng :

_ Dùng một W.mét nối theo sơ đồ
PW = UBC.IA.cos(UBC,IA)
PW = Ud.Id.cos(90-)
PW = Ud.Id.sin

.PW =
Q =

UA
IA

.Ud.Id.sin


900

.PW

UBC
UB

UC
Đồ thò véc tơ


_ Duøng hai W.meùt noái theo
sô ñoà :
UA
UBA

300


UBC

IC

0
30

IA



UC

IB

UB

Ñoà thò veùc tô

PW1 = UBA.IA.cos(UBA,IA) =
0
U
.I
.cos(30
+)
d
d

PW2 = UBC.IC.cos(U
BC,IC) =
Ud.Id.cos(300-)
.(PW1 - PW2) =
PW1 - PW2 =
.Ud.Id.sin
Ud.Id.sin

Q=
PW2)

.(PW1 -


* Mạch ba pha không đối xứng :
Dùng ba W.mét
U
A

UCA



IB
UB

IA
UBC



IC

UC

UAB
Đồ thò véc tơ

PW1 = UBC.IA.cos(UBC,IA) =
0
Ud.Id=
.cos(90
-  AA) =
Ud.Id.sin
.Uf.If.sin A =
PW2 =.QUACA.IB.cos(UCA,IB) =
0
Ud.Id=
.cos(90
-  BB) =
Ud.Id.sin
.Uf.If.sin B =
PW3 =.QUBAB.IB.cos(UAB,IC) =
0
Ud.Id=
.cos(90
-  C) =
Ud.Id.sin
.Uf.If.sin C =
C
1C

.Q

Q=

. (PW1 + PW2 +

 Bài tập


5.2. ĐO ĐIỆN
NĂNG :

1. Quan hệ cơ bản phép đo năng :
Điện năng của một tải hay một mạch điện được xác đònh :
A = P.t (Kwh)

Công tơ đo điện năng :
1
a. Công tơ một pha :

5
4

* Cấu tạo :
1.Mạch từ và cuộn
điện áp

2

3

2.Mạch từ và cuộn
dòng điện
3.Đóa nhôm
4.Nam chân vónh cửu
5.Bộ
đếm.
- Cuộn
điện áp được quấn dây với tiết diện nhỏ và số vòng lớn và

mắc
song song với tải.Được chế tạo với điện áp đònh mức: 120V,240V,440V.
- Cuộn dòng điện được quấn dây với tiết diện lớn và số vòng nhỏ và
mắc nối tiếp với tải. Được chế tạo với dòng điện đònh mức:
5A,10A,50A.


U

*. Nguyên
I
lý
I
_ Khi: có dòng điện chạy qua

tải và qua cuộn dòng sẽ

sinh ra một từ thông I
IU




xuyên qua đóa nhôm tỷ lệ
IL

với I :
U
 I = ki.I
_ Khi đặt điện áp U vào -  là góc lệch pha giữa U,
cuộn điện áp, dòng IU sẽ-  là góc lệch pha giữa  U
_ Các
từ thông
này sẽ
sinh
ra một
từ thông
U -  là góc lệch pha giữa I,
- là góc lệch pha giữa U
cảm ứng
đóa nhôm
xuyên
qua trong
đóa nhôm
tỷ lệ
các
e1,elà
Vì
đóa
nhôm
một mạch điện kín nên sinh ra

với
USĐĐ
2.
các dòng
điện
U =
ku.Ucảm ứng Icư1,Icư2 chạy trong đóa
nhôm.
_ Dòng Icư1 do I tác dụng với U tạo ra:
Mq1 =
k1. U.Icư1.sin
_ Dòng Icư2 do U tác dụng với I tạo ra:
Mq2 =
I

L

U


ô men quay tác dụng lên đóa nhôm :
Mq = Mq1 + Mq2 = k.f.fU.fI.sin =
.U.I.sin
Vớik.f.k
:  là
lệch pha giữa U, I
i.kugóc
Nếu thực hiện  – /2 = 900 thì  = /2 - 
Mq = k.U.I.sin(90 – ) = k.U.I.cos =
Kp.Pdụng của Mq, đóa nhôm sẽ quay từ

_ Dưới tác
trường của NCVC xuyên qua đóa nhômtạo ra
một mô men cản MC tỷ lệ với tốc độ quay
của đóa nhôm : MC = Kc.n
_ Dưới tác dụng
và MCn, đóa
Kpcủa
.P = M
Kcq.n
= Kpnhôm
.P/Kc =sẽ
KA.P
quay đều khi
M = M . Ta có :
_ Đếm số vòng quay qcủaCđóa nhôm trong một
khoảng thời gian nào đó :
N = n.t = KA.P.t = KA.A
_ N được bộ đếm đếm lại, với tỷ lệ kết cấu
truyền động thích
hợp, số chỉ trên bộ đếm sẽ chỉ trực tiếp


b. Công tơ ba pha :
* Công tơ ba pha 2 phần tử :
_ Cấu tạo : Gồm hai công tơ
một pha có Mq được tổng hợp
trên cùng một trục quay.

Phần tử 2

Trục
Bộ đếm
NCVC

Phần tử 1

* Công tơ ba pha 3 phần
tử :
_ Cấu tạo : Gồm ba
công tơ
một pha có Mq được
tổng hợp
trên cùng một trục quay
.
Loại gián tiếp
Loại trực tiếp

2 phần tử

3 phần tử


* Chú ý khi sử dụng :
_ Mỗi công tơ khi gắn cho các hộ tiêu thụ đều có một niêm chì (công tơ
đã được các trung tâm kiểm chuẩn kiểm tra) tức là số chỉ công tơ đã được
điều chỉnh đúng. Khi sử dụng tuyệt đối tránh làm biến dạng niêm chì này.

_ Điện năng tiêu thụ của hộ tiêu thụ được tính: (thường tính một tháng).

A = A c -

*Ac : Số chỉ của công tơ ở cuối tháng
* : Số chỉ của công tơ đầu tháng

_ Hằng số KA (vòng/KWh) ghi trên mặt của công tơ cho biết số điện
năng
tiêu thụ của tải 1KWh ứng với bao nhiêu số vòng quay của đóa nhôm.

_ Các sơ đồ đo điện năng trong mạch điện xoay chiều một pha và ba pha
tương tự như các sơ đồ đo công suất tác dụng bằng các W.mét tác
dụng.

Bài tập


ểm tra và hiệu chỉnh công tơ :
Để công tơ chỉ được chính xác, trước khi sử dụng người ta
phải kiểm tra,
hiệu chỉnh công tơ và kẹp chì.

Sơ đồ mạch kiểm tra công tơ :

ều chỉnh hiện tượng tự quay của công tơ:

U=U
- Đặtnày
- Lúc
W.mét
sẽ chỉ không và công tở phải đứng yên
đm

công
thì đó là hiện tượng tự quay của công tơ
Itơ
= quay
0
- Nguyên nhân: Khi chế tạo bao giờ mômen bù ban đầu bao
cũng lớn hơn mômen ma sát. Nếu mômen này quá lớn thì x
hiện hiện tượng tự quay.
-Điều chỉnh: Điều chỉnh mẩu từ trên trục của công tơ tức
tăng mômen hãm,giảm mômen bù cho đến khi đóa nhôm đư


Điều chỉnh góc  = – 1 = /2 = 90o:

Điều chỉnh góc lệch pha  = /2, tức cos = 0. Đóa nhôm phải đư
- Đặt U = U
Điều chỉnh đm
cho góc  = /2 = 90o ta phải điều chỉnh góc  hay tư
I = Iđm
u bằng cách điều chỉnh bộ phận phân nhánh từ của cuộn đ
ều chỉnh góc  hay từ thông  i bằng cách điều chỉnh vòng n
ûa cuộn dòng
ều chỉnh hằng số của công tơ:
- Đặt U = UN
I = IN
- PN = UN.IN

- Điều chỉnh  cho cos = 1 tức  = 0
- Đếm thời gian quay t của công tơ (bằng
đồng hồ bấm giây)

- Đếm số vòng quay của công tơ N trong
khoảng thời gian t N
N
KA của
=
=
- Tính hằng số
công thức :
Ptơ. theo
t
U .I công
.t
N

N

N

- Nếu KA khác với KA ghi trên công tơ thì phải điều chỉnh v
Nam châm vónh cửu để tăng hoặc giảm Mc cho đến khi KA đ
mức thì thôi.

Hằng số này được ghi trên mặt công tơ
Ví dụ : Trên mặt công tơ có ghi 1Kwh / 600 vòng. Điều đó có
KA = 600 vòng/Kwh


b. Công tơ điện tử :

* Sơ đồ : I

U

CĐ1
CĐ2

U1=K1
I
U2
=K2.U

X

CĐ-U/f Đếm Chỉ thò
U3=K3.
P

* Nguyên
lý
:
_ Người
ta biến đổi dòng điện I thành điện

áp U1 tỉ lệ với nó.
U1 = K1.I
_ Người ta biến đổi điện áp U thành điện áp
U2 tỉ lệ với nó.
U2 = K2.U
_ Qua bộ nhân điện tử (nhân analog) ta nhận
được điện áp U3 tỉ lệ với công suất P.
U3 = K1.I.k2.U = k3.P

Điện áp này sau khi qua bộ biến đổi điện áp –
tần số (hoặc bộ biến đổi A/D). Tiếp theo vào
bộ đếm và ra chỉ thò số. Số chỉ của cơ cấu
chỉ thò số sẽ tỉ lệ với điện năng N = C.A
trong khoảng thời gian cần đo năng lượng đó.


A
B
C



V

*
*
W

*
*
Wh

A